桌面型自动锁螺丝机毕业论文_第1页
桌面型自动锁螺丝机毕业论文_第2页
桌面型自动锁螺丝机毕业论文_第3页
桌面型自动锁螺丝机毕业论文_第4页
桌面型自动锁螺丝机毕业论文_第5页
已阅读5页,还剩57页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、毕业设计(论文)题 目 桌面型自动锁螺丝机的设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学号学生指 导 教 师 盖玉先答辩日期哈尔滨工业大学毕业设计(论文)任务书姓 名: 院 (系):专 业: 机械设计制造及其自动化 班 号:任务起至日期: 2014 年 03 月 03日起 至 2014 年 06 月 26 日止毕业设计(论文)题目:桌面型自动锁螺丝机的设计立题的目的和意义:通过本次毕业设计,达到培养学生综合应用所学知识,分析和解决实 际工程问题,锻炼创造能力的目的。是学生在机械、驱动、控制等方面得 到切实的锻炼和提高。技术要求与主要内容:为实现工业装配生产线上螺钉的全自动拧紧,传统的手动或半自动拧

2、 螺丝已经达不到当代生产能力和速度的要求,全自动螺丝机的设计对于提 高生产装配水平,提高生产速度,减少劳动力需求,实现自动化和智能化 有着非同寻常的实际意义。本设计要求设计出桌面型机械臂式的全自动锁 螺丝机机械结构,进行必要的控制设计及分析改进。进度安排: 第 13 周:查阅国内外文献资料,充分了解课题研究现状、原理、重难点 等,做好设计前期准备;第 4 周:完成开题报告的撰写,并进行课题整体系统分析;第 57 周:完成机械结构的设计和改进,绘出完整的三维立体模型;第 89 周:选定并完成控制系统的设计,保证其与机械系统的统一;第 1011 周:利用控制软件 Matlab 及仿真软件 ADAM

3、S 进行联合初步仿真 分析,观察分析所设计机械结构是否能和所设计控制内容相协调;第 1216 周 机械结构、机械系统、控制系统的重要校验修正及绘图二维 工程装配图,毕业设计论文的撰写,毕业设计的查漏补缺完善以及毕业答 辩。指导教师签字 年月日教研室主任意见:教研室主任签字 哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)摘要近年来,随着国内生产水平及科技技术的不断提高,自动化、智能化的 生产理念也在企业和市场中得到了迅猛的发展。 自动锁螺丝机作为企业提高 生产效率、降低成本的重要一环,其发展对于生产装配领域的重要意义也愈 发凸显。在通过分析现有螺丝机产品的利弊后,提出本文的自动螺丝机设计 方案。 矚慫润厲钐

4、瘗睞枥庑赖。本文的目的是设计新型的桌面型机械臂式自动锁螺丝机。 论文首先提出 了自动螺丝机的整体设计方案及所需解决的主要问题, 包括各坐标轴的运动 形式、驱动及传动方式的设计。然后进行了包括龙门机架、 XYZ 坐标轴及 R 主旋转轴的机械部分设计计算、各坐标轴直线导轨、滚珠丝杠、轴承、同步 齿轮及齿轮带、驱动电机等的设计选型及校核计算。之后通过MATLAB控制软件及 ADAMS仿真的分析软件对所设计的机械结构进行了联合仿真分析, 并 在此基础上对机械模型进行了优化改进。 论文最后部分完成了螺丝机基于可 编程控制器的控制部分软、硬件设计并总结了本设计的创新点及特点。 聞創沟 燴鐺險爱氇谴净。本文

5、设计的桌面型自动锁螺丝机不仅有着高稳定性、高效率、高度自动 化、智能化的优点和特点,良好的通用性和广泛的应用范围更是使其具备了 广阔的发展和应用前景。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。关键词 :桌面型自动锁螺丝机;机械设计;仿真分析;控制设计-I-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)各位如果需要此设计的全套内容(包 括二维图纸、中英文翻译、完整版论 文、程序、答辩 PPT)可加 QQ69593990,3 如果需要代做也请加上述 QQ,代做免 费讲解。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。-II-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)AbstractIn recent years, with the continuous i

6、mprovement of domestic production-III-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)levels and technology, the automated, intelligent production concept has also been a rapid development in the enterprise and the market. Automatic Screw Machine, as an important part of enterprises to improve production efficiency and reduce cos

7、ts, the significance of its development is also becoming more prominent. After the analysis of the pros and cons of existing screw machine products, we propose a design scheme of the automatic screw machine in this paper.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。The purpose of this paper is to design a new type of desktop manipul

8、ator automatic locking screw machine. First, we proposed an overall design of the automatic locking screw machine and major problems needed to be solved, including the design of the form of the axes of motion, drive and transmission methods. Then we design and calculate the mechanical parts of the s

9、crew machine, including gantry frame, the XYZ axes and the main axis of rotation R, the design selection and checking calculation of each axis linear guides, ball screws, bearings, gears, synchronous belt and drive motor. After that, we conduct a joint simulation analysis of the mechanical structure

10、 and optimize to improve, based on the software MATLAB and ADAMS. Finally, we summarize the innovation and features of this design謀. 荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。This automatic locking screw machine proposed in this paper not only has the advantages of high stability, high efficiency, high degree of automation and int

11、elligence, it also has a broad development and application prospect with its good versatility and wide range of applications厦. 礴恳蹒骈時盡继價骚。Keywords: desktop automatic locking screw machine, mechanical design, simulation, control design 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。-IV-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)目录摘要 . . . 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。Abstract . .

12、 第一章1.1 课题背景及研究的目的和意义 1籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.2自动锁螺丝机研究的发展概况 1預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。1.2.1 自动锁螺丝机的分类 1渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.2.2 桌面型自动锁螺丝机的优缺点和特点 2铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.2.3桌面型自动锁螺丝机的研究现状和发展概况 2擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.3本文的主要研究内容 3贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。第 2 章 总体方案设计2.1 引言 坛4摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.2 桌面型自动锁螺丝机的整体设计 4蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.3 自动锁螺丝机各轴的运动形式及驱动方式 6買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.4 本章小结 綾7镝鯛駕櫬

13、鹕踪韦辚糴。-V-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)第 3 章 机械结构的设计、选型及计算3.1 引言 驅8踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.2 龙门机架的设计 猫8 虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.2.1 底座的设计 9锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.2.2 左右立柱的设计 1. 0 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.2.3 横梁的设计 1. 2 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.3Y 轴直线导轨、伺服电机的选型、计算 1 2 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。3.3.1 Y 直线导轨的选型及校核计算 1 2 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3.3.2 Y 轴伺服电机的选型计算 1 5 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。3.4X 轴直线导轨、滚珠丝杠及电机的选型、

14、计算 1 6 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.4.1 X 轴直线导轨的选型及校核计算 1 6 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.4.2 X 轴滚珠丝杠设计选型及校核计算 1 7 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3.5Z 轴滚珠丝杠滑台及驱动电机的选型、计算 17 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。3.6R 旋转主轴零部件的设计 1. 8 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。3.7 本章小结 1.9 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。第 4 章 基于 MATLAB 和 ADAMS 的联合仿真 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉4.1 引言 2.1 谚辞調担鈧谄动禪泻類。4.2 基于 MATLAB 软件的控制内容设计 2 1 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。-VI-哈尔滨工业大学本

15、科毕业设计(论文)4.2.1 Simulink 模块电机仿真控制模型的建立 2 1 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。4.2.2 在 Matlab 中完成 C 程序控制并导出控制数据 22 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。4.3 模型及数据导入 ADAMS/V IEW 模块进行联合仿真 22 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。4.4 本章小结 2.3 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。第 5 章 自动锁螺丝机的 PLC 控制5.1 引言 2.5 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。5.2 PLC 的基本结构 2. 5 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。5.3硬件及梯形图程序设计 2. 7 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。5.4本章小结 2. 7 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。结论

16、31参考文献 3.0 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。致谢 34附录 35-VII-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)第一章 绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义随着工业生产水平的提高, 生产线的自动化和智能化程度也进行着不断 地进步和更新, 对于新生产方式的思想观念就是以利润主义为推动企业改革 的原动力,在当今属自由竞争市场的环境下,要达到目标利润就必须努力来 达到目标成本。 工厂要降低成本,必须从企业内部可掌控的部分, 如:人工、 设备及管理成本来作为改善的对象。自动锁螺丝机( Auto-Screwdriving Machine)又称自动送螺丝机、自动送锁螺丝机、工业拧紧系统、螺丝锁付 机器人等到

17、,是用以取代传统手工拧紧螺丝的机器。手工的螺丝拧紧又包括 纯手工拧紧和电动螺丝刀或者气动螺丝刀拧紧两种, 后者通过电动或者气动 的方式产生旋转动力,以代替频繁手工的拧紧动作,在某种程度上减轻了锁 螺丝的工作强度, 但由于手工放置螺丝和对准螺丝头部仍需要占用大量的工 作时间和精力,因此整体效率提升比较有限。于是全自动锁螺丝机的问世及 其发展对于生产装配领域的重要意义便愈发凸显。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。1.2 自动锁螺丝机研究的发展概况1.2.1 自动锁螺丝机的分类自动锁螺丝机按其批头来分,可分为:一轴式自动锁螺丝机,二轴式自 动锁螺丝机,三轴式自动锁螺丝机,四轴式自动锁螺丝机,右图为益诚自动 化

18、生产的四轴自动锁螺丝机。五轴式自动锁螺丝机,六轴式自动锁螺丝机, 七轴式自动锁螺丝机,八轴式自动锁螺丝机,九轴式自动锁螺丝机。 仓嫗盤紲 嘱珑詁鍬齊驁。按其使用形式分为:全自动锁螺丝机:其又分为自动上料和手工上料两 种,但是其螺丝全都是机器自动供给。 手持式自动锁螺丝机 :手持式又分为自-1-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)动供给螺丝式和批头提取螺丝。 按不同产品分类,相对就更多了,相对来 说任何一种产品 ,都有相对应的锁螺丝设备 1 。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。1.2.2 桌面型自动锁螺丝机的优缺点和特点桌面型自动锁螺丝机有以下一些优缺点:由于其单人即可高效操作,一 人相当于多人的效率,所以节

19、省成本;其可靠性很好,一天可工作 20 小时 以上;对于锁同样螺丝的产品,只需更换旋具,可锁不同产品,通过简单编 程,通用性高;采用高精密度轨道设计,由机器作业,杜绝了人为因素带来 的不良影响,有着良好的稳定性。然而由于其自动化程度较高,同时也带来 了如扭力不当造成起子头磨损、滑牙,轨道卡料、螺丝漏送或者一次送料过 多的等问题。因此,螺丝机的设计及改进要着重解决这些实际问题。 骁顾燁鶚 巯瀆蕪領鲡赙。另外,桌面型自动锁螺丝机还有以下几个重要特点:移动式工作台,只 要针对学习机,平板电脑,平板电视等较大电子产品设计;上料系统采用直 振方式将螺丝排序到振动导轨上, 并输送到螺丝分料系统 ,通过分料

20、系统将螺 丝分好,然后用吹气的方式将螺丝输送到螺丝锁付系统,最后由螺丝锁付系 统完成锁付;具有漏锁 /浮锁 /滑牙检测功能,客户可以选配;只要螺丝在规 定的范围内可以通用;灵活性强,对于更换不同的产品,只需更换夹具和调 用相对应程序组即可 2 。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。1.2.3桌面型自动锁螺丝机的研究现状和发展概况随着越来越多的企业招工难,一些国内外名优产品纷纷被引进,以满足 不同企业生产的需求。全自动螺丝机就是其中之一,它凭借在制造技术、材 质和提高效率、无人操作等方面的优势获得了企业和市场的青睐。 鎦诗涇艳损楼 紲鯗餳類。全自动螺丝机的用途与普通电批风批一样,甚至有过之而无不及,它速 度快

21、,效率高,安全性高,并且更能节省人工。就目前的总体情况而言,它 -2-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)的品种规格也较为齐全, 基本上百分之九十以上的螺钉都能实现自动化拧紧, 但由于它的市场价位总的来说要比普通装配工具高, 这也成为了全自动螺丝 机没有普遍被运用起来的主要原因之一。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。但随着国内生产水平加快了技术改造的步伐, 全自动螺丝机也开始大量 进入国内市场,随着国内生产技术的不断提高和成熟,全自动螺丝机的价格 将逐渐下降。所以全自动螺丝机的市场现在逐渐被商家们看好,这主要是因 为一方面在于它的技术要求比较高,以前大部分产品主要是从美国、德国、 日本国家引进,而现在随着

22、国内生产技术的提高,像济南、深圳、广州等地 的一些企业都纷纷推出了国产的全自动螺丝机产品。 由于全自动螺丝机使用 范围很广,所以在广东、山东、上海、江苏、福建等沿海省市的装配业、电 器电子、家具制造、仪器仪表、玩具以及电动自行车、摩托车装配还有汽车 制造业和一些流水线作业的企业和厂家都纷纷使用了全自动锁螺丝机。 再加 上售后服务的进一步跟上,打消了以往顾客担心产品无售后服务的顾虑,使 全自动螺丝机的销势进一步得到稳定 3。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。随着劳动力成本的不断提高, 自动化设备企业的生存与发展形势也使得 越来越多的企业关注工厂自动化这一领域, 也给螺丝机一行业带来了发展商 机。目前,我国

23、非标自动化企业数量较多,但规模与分工还有待发展。如何 参与这一行业的竞争成为一个挑战! 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。1.3 本文的主要研究内容本课题的研究内容主要是针对桌面型自动锁螺丝机的机械结构以及控 制方式进行合理的设计和仿真分析及优化。首先,考虑课题所要求的工作需要,拟订几个可行的结构和控制方案, 并对每个方案进行可行性分析,经过方案比较和各方面的综合考虑,确定出 最佳方案。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。-3-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)然后,确定桌上型三坐标机械臂的安装配置形式,并完成桌面型自动锁 螺丝机的机械结构设计,通过 Solidworks 和 AutoCAD 工程软件绘出三维模 型和

24、二维工程图并进行结构改进。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。接下来,利用 Matlab 矩阵实验室及 ADAMS 虚拟样机机械仿真软件来 对所设计机械结构进行运动及动力分析, 找出有欠缺设计内容进行优化改进。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。确保了结构的合理性之后, 即可设计并合理配置各运动轴的控制方式和 控制模式,编制必要的控制程序,实现控制系统与机械结构的协调统一。 鳃 躋峽祷紉诵帮废掃減。最后结合控制再次针对设计内容进行整体优化分析, 实现自动锁螺丝机 的最终改进。第 2 章 总体方案设计2.1 引言本章主要研究内容为选定桌面型自动锁螺丝机的整体结构型式, 各运动 坐标轴的运动形式,以及他们的驱动方式和控制

25、方式。需要对现有不同方案 进行综合分析,经查阅文献及参考各类资料,针对本螺丝机设计的技术和工 作要求,最终确定桌面型自动锁螺丝机的总体结构方案龙门式三坐标机 械臂结构形式。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。2.2 桌面型自动锁螺丝机的整体设计自动送锁螺丝机在进行拧螺丝前需要将螺栓分离开来并输送到指定位 置,因此要整个螺丝机分为送料料机构和锁付机构。送料机构选用振动式分 -4-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)料机电产品,通过气压传动讲螺栓送到指定位置 4。由于振动式分料机电产 品的原理及结构均较为复杂,而且技术和市场也已经非常成熟,所以此螺丝 机的设计中主要针对锁付机构进行设计。 为了降低返修率可以在螺

26、栓传动管 间加传感器来检查三个管是否都有螺栓通过, 如果有则可以进行下一步工作, 如果没有就需要将信号传送给 PLC,PLC 通过分析计算给分料机构和下料机 构的气缸下达命令重新输送螺栓。根据工艺要求,自动送锁螺丝机工作时需 要电动螺丝刀上下移动调节距离, 以方便 更换工件和调节不同工件间的误差, 因此需要一个电机驱动的滚珠丝杠副来控制电动螺丝刀的上下移动。 桌面型 自动锁螺丝机的整体方案为: 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。采用振动分料和吹气送料机构和龙门三坐标机械臂式锁付机构。 其中振 动分料和吹气送料机构指:由螺钉分离板、档钉板、固定斜槽板及圆柱销相 配合的电磁振动给料器将螺钉自动分离。 利用气缸

27、驱动螺钉分离板、 挡钉板, 利用挡钉板上固定的圆柱销受固定斜槽板上的起移动凸轮作用的斜槽限制, 将位于螺钉输送槽最前端的一只螺钉分离开, 并仅将一只螺钉推入螺 钉分离 板侧面的落钉口。经传感器判断后,控制高压喷气口喷出高压气流,将螺钉 通过螺钉输送软管吹向电动旋具。其震动分料装置结构形式如图 2-1 所示: 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。-5-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)图 2-1 螺丝机震动分料盘龙门三坐标机械臂式锁付机构是指:将 XYZ 三运动坐标轴置于龙门机 架上,其中 Z 坐标轴上附加一个 R 旋转轴,即用于锁付的旋转主轴, 当传感 器检测到由送料机构传送过来的螺钉已就位, 便由控制系统

28、发出信号对工件 进行锁紧,如若没有正确检测到就位螺钉,则向送料机构发出信号提示其输 送螺钉。 钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。2.3 自动锁螺丝机各轴的运动形式及驱动方式本自动锁螺丝机的 X 坐标轴的运动选择由滚珠丝杠副带动的直线导轨。 具体设计为:选定单滑块直线导轨并在螺丝机底座上双排对称安装配置,将 工作平台平放并固定在双排直线导轨滑块上以保证其平稳, 同时工作平台也 通过某种方式与丝杠螺母相固结, 当电机带动 X 轴丝杆转动时, 丝杠螺母带 动工作平台沿 X 轴直线导轨前后移动 5。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。而螺丝机 Y 坐标轴的运动则是选择由伺服电机带动的同步齿轮和齿轮-6-哈尔滨工业大学本科毕业

29、设计(论文)带来完成。具体设计为:选定高精度且有一定承载能力的直线导轨放置在龙 门机架左右立柱中间,通过某连接介质(如齿轮带夹) ,将 Y 轴导轨滑块与 同步齿轮带相连接,当伺服电机带动同步齿轮带运动时,同时带动直线导轨 滑块沿 Y 坐标轴方向平行移动。 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。至于 Z坐标轴的运动,可以借鉴 X 轴的运动方式,通过电机驱动的滚珠 丝杠副来完成。2.4 本章小结本章主要确定了桌面型自动锁螺丝机的总体结构方案龙门式三坐 标机械臂结构形式。 确定了采用振动分料和吹气送料机构和龙门三坐标机械 臂式锁付机构的整体方案 6 。并且选定了各坐标轴的运动和驱动形式, 其中: X 坐标轴的运动选

30、择由滚珠丝杠副带动的直线导轨,步进电机驱动; Y 坐标 轴的运动选择由伺服电机带动的同步齿轮和齿轮带来完成; Z 坐标轴通过电 机驱动的滚珠丝杠副来完成。 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。-7-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)第 3 章 机械结构的设计、选型及计算3.1 引言本章要对桌面型自动锁螺丝机的整体及各部分零部件进行机械结构设计,以及对于 XYZR 轴直线导轨、滚珠丝杠副、驱动电机、同步齿轮与齿轮 带等进行选型计算和校核计算。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。3.2 龙门机架的设计龙门结构是机床中最常用的一种机械结构之一,其结构简单、容易实现 高速运动。典型结构有以下几种:定梁式,横梁固定工作台前后移动

31、; 动梁式,横梁上下移动工作台前后移动;动柱式,工作台固定,龙门架立 柱前后移动;桥式,工作台固定,横梁前后移动。结合实际设计情况与设-8-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)计要求,本设计采用动定梁式结构,横梁固定在龙门架立柱之间,工作台可 以沿 X 轴直线导轨前后移动 7。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。X 轴工作台的移动采用滚珠丝杠副驱动,安装多导轨,防止倾覆并承受 工况轴向力、径向力。Y 轴方向上使用伺服电机驱动同步齿轮,提高传动精度。3.2.1 底座的设计底座设计在保证支撑强度和平稳性的前提下以方便和容易加工为主, 基 本尺寸设定为 660x550x125mm。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。底座上需要

32、安装机架左右立柱所以左右两侧对称开出立柱安装槽, 为将 其稳定的固定住并与工作台面保持较高的垂直度, 所以在底座左右侧面分别 铰出 M12 螺纹孔。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。由于底座上还需放置双排 X 轴直线导轨,为充分保证其平行度和水平程 度并且减少加工面积, 底座的上边面相对中心对称的留出接近导轨宽度的凸 起部分,以便精确地安装 X 轴导轨。另外底座上表面正中部分开出的凹槽是 为精准安放 X 轴驱动部件滚珠丝杠滑台特意留出。 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。其初步设计如图 3-1 所示:-9-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)图 3-1 底座3.2.2 左右立柱的设计龙门机架左右立柱的主要作用是支撑

33、Y 轴导轨零部件以及 Z轴和主旋转 轴部件。所以其设计原则为在保证支撑强度和刚度的前提下,尽量简化并且 合理挖出空心以适当减少重量。 其主体尺寸初步设定为: 100x80x450mm。铹 鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。左立柱机构设计如图 3-2 所示:-10-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)图 3-2 左立柱右立柱机构设计如图 3-3 所示:图 3-3 右立柱-11-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)其中,由于左立柱除与右立柱一同支撑 Y 轴导轨零部件以及 Z 轴和主旋 转轴部件之外,还需安放驱动 Y 轴同步齿轮带运动的伺服电机, 所以左右立 柱的主要区别则在于前者要设计伺服电机放置槽, 而后者只需对

34、应打出同步 齿轮轴安装孔即可。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。3.2.3 横梁的设计本设计中横梁的作用就是将 Y 轴直线导轨置于其上, 所以选定了导轨之 后再来确定横梁的形状尺寸。3.3 Y 轴直线导轨、伺服电机的选型、计算3.3.1 Y 直线导轨的选型及校核计算直线导轨由导轨、滑块、钢球、反向装置、保持架、密封装置等组成, 用于直线往复运动场合,拥有比直线轴承更高的额定负载,同时可以承担一 定的扭矩,可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。由于其大承载、高 精度、高速度、低磨损、高可靠性及标准化等优良特性,已经越来越多的应 用于数控机械、自动化生产线等领域。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。桌面型自动锁螺丝机

35、对于各坐标轴的运动精度要求很高, 所以为保证 Y 轴坐标运动的精确度,首选 THK 直线导轨。其机构特征如下图 3-4 所示:夹 覡闾辁駁档驀迁锬減。-12-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)图 3-4 THK 直线导轨 8其选型步骤如下图所示:设定使用条件初步选定直线导轨型号-13-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)设定滑块尺寸及数目计算滑块最大负荷比较需求寿命最终型号确认图 3-5 THK 直线导轨选型流程设定 Y 轴直线导轨横跨在两龙门立柱之间侧立安装, 其导轨滑块上承载 负荷总重为 20Kg,即 Fc=200N(此设定值已添加了一定的安全系数) 。考虑 到 Z 轴及主旋转轴零部件全部安

36、装在此 Y 轴导轨滑块之上,所以初步选定 HRW 35CA 全滚珠 LM 宽幅滚动导轨。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。其主要参数如下:表 3-1 HRW 35CA 直线导轨主要参数-14-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)导轨宽度W1安装高度 M滑块总 长W滑块安装孔 个数滑块安装 孔尺寸导轨总长精度等级69mm35mm120mm6个M8600mm高级基本额定载荷静容许力矩质量(动载 )C(静载) CoMAMBMCLM 滑块LM 轨道27.2KN45.9KN529Nm529Nm1490Nm1.4Kg/个9.9Kg/m1)静容许力矩校核2)寿命校核3.3.2 Y 轴伺服电机的选型计算伺服电机是指在伺服

37、系统中控制机械元件运转的电机, 是一种补助马达 间接变速装置。 伺服电机把输入的信号电压转变为转轴的角位移或角速度输 出。 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。伺服电机具有较小的转动惯量和较大的堵转转矩, 并具有尽可能小的时 间常数和启动电压,以此满足机械设备对高精度、快速响应的要求;伺服电 机还具有较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求,并能够承受频繁 启动、制动和正、反转 9。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。计算负载转矩:克服摩擦力所需转矩:加速时所需转矩:-15-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)伺服电机额定转矩 ,最大转矩 根据以上计算结果,参考 BONMET 电机选型手册可选 JEF 571530 B

38、F 1000 伺服电机,其主要参数为:额定转矩 T=0.5Nm,额定转速 n=3000r/s, 额定功率 P=0.15KW。BONMET 伺服驱动器型号 SFC 配置:SA3L04C,SFC+ 配置: SA3L04C。 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。3.4 X 轴直线导轨、滚珠丝杠及电机的选型、计算3.4.1 X 轴直线导轨的选型及校核计算设定 X 轴直线导轨对称安装在底座上, 双排导轨滑块上承载负荷总重为 10Kg,即 Fc=100N(此设定值已添加了一定的安全系数) 。初步选定球保持 器型 LM 直线导轨。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。其主要参数如下:表 3-2 SHS 25C 直线导轨主要参数导轨宽度

39、W1安装高度 M滑块总长W滑块安装 孔个数滑块安装 孔尺寸导轨总长精度等级23mm36mm70mm4个M8400mm高级基本额定载荷静容许力矩质量(动载 )C(静载) CoMAMBMCLM 滑块LM 轨道31.7KN52.4KN566Nm566Nm563Nm0.54Kg/个3.2Kg/m1)静容许力矩校核-16-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)2)寿命校核3.4.2 X 轴滚珠丝杠设计选型及校核计算滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件,其作用是将 旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。它具有以下几个重要特点:摩擦损失小,传动效率高;釆用双螺母

40、 预紧后,可以很好地消除间隙,提高了传动刚度;摩擦阻力小,动静摩擦 力之差极小,能保证运动平稳,不易产生低速爬行现象;寿命长、精度保 持性好。 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。3.5 Z 轴滚珠丝杠滑台及驱动电机的选型、计算借鉴上节中 X 轴丝杠滑台及电机的选型。 丝杠由于不承受径向力,轴向 力主要为安装在 Z 机械臂滑台滑块上的 R 主轴零部件的自重。设定 R 主轴 零部件的总质量为 10Kg 。 已知,上节中所选的滚珠丝杠滑台的垂直承载可 达 20Kg ,其精度和运动速度也可满足 Z 轴运动要求,所以可选择相同型号 的产品。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。电机负载转矩:所以,电机也可选择上节中 X轴上所选用

41、的 42 步进电机。此滚珠丝杠滑台的整体结构形式如图 3-5 所示:-17-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)图 3-7 滚珠丝杠滑台3.6 R 旋转主轴零部件的设计R 旋转主轴零部件自上而下依次连接,主要包括刀杆接头、联结轴、万 向联轴器(上)、滑动轴、滑动弹簧、滑动套管、调整螺杆螺帽、万向联轴 器(下)、刀杆轴、电动改锥、护套、夹嘴。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。其结构及内部连接设计如图 3-6 所示:-18-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)图 3-8 R 旋转主轴其中,万向联轴器的使用和滑动缓冲部分的设计是主轴设计的重点环节。1) 万向联轴器十字万向联轴器是一种挠性联轴器, 它可以使轴在转动

42、时能够运转流畅 不至于因为轴线不在一条直线上而发生干涉问题, 实现所联接的两 轴连续回 转,并可靠地传递转矩和运动。 万向联轴器最大的特点是具有较大的角 向补 偿能力,结构紧凑,传动效率高,有时还能起到缓冲、减振和提高轴系动态 性能的作用。而且和其他的挠性联轴器相比,十字万向联轴器有更好的调节 范围而且使用两个万向联轴 器能更好的解决本次设计中出现的问题 11。该栎 谖碼戆沖巋鳧薩锭。考虑本设计中对于精度的要求较高,选定 SC 型精密二节式万向联轴器 SC10 A(上)和 SC06 A(下)。 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。2) 滑动缓冲设计 留出一定的缓冲距离,在螺丝机进行拧螺丝工作时,主轴的下压在

43、滑动 缓冲下不至于产生太大的下压冲力,导致起子头及螺丝头的破坏。当然根据 螺丝的大小及扭力大小的不同,缓冲预留长度也不同,基本保持在 26mm 之间。当缓冲长度不在要求之内时,用调整螺杆来加以改善。 臠龍讹驄桠业變墊罗 蘄。3.7 本章小结本章对桌面型自动锁螺丝机龙门机架、各坐标轴、机械臂、旋转主轴等 全部机械结构内容进行了详尽的设计、选型、校核计算。并且按照相关技术 及结构要求对螺丝机机械结构建立了三维立体模型,通过观察分析,消除了 结构干涉及对各类不合理设计的优化改进。 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。-19-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)-20-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)第 4 章 基

44、于 Matlab 和 ADAMS的联合仿真4.1 引言本章中介绍利用控制软件 Matlab 及虚拟样机仿真分析软件 ADAMS ,对 上章中所设计的桌面型自动锁螺丝机的机械结构进行联合仿真。在 Matlab 的 Simulink 模块中建立电机控制模型, 并编制控制程序, 导入模型及控制数 据至 ADAMS 中生成仿真动画和图线,并基于此进行分析改进。 穑釓虚绺滟鳗絲 懷紓泺。4.2 基于 Matlab 软件的控制内容设计4.2.1 Simulink 模块电机仿真控制模型的建立在 Matlab 的 Simulink 模块下, 利用 SimPowerSyste-m Toolbox丰富的模 块库,

45、在分析伺服电机和步进电机数学模型的基础上,建立电机控制系统的 仿真模型 12 。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。1)步进电机步进电机作为数字控制系统中的一种执行元件, 非常适合在精度和稳定 性要求不高的位置或速度控制系统中开环运行,且控制方式简单。步进电机 开环控制的缺点是无法知道电机是否失步或者超步,在高精度的位置伺服系统中,这一缺点将直接影响系统性能。位置闭环控制通过在步进电机转轴上-21-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)安装位置传感器,可将位置信号实时地传给控制核心,然后根据位置偏差控 制电机运行。 浹繢腻叢着駕骠構砀湊。建立步进电机 Simulink 模型如图 4-1 所示:图 4-1 步进电

46、机 Simulink 模型2)伺服电机 伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转 矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反 应,在自动控制系统中, 用作执行元件, 且具有机电时间常数小、 线性度高、 始动电压等特性, 可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度 输出。 鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。建立伺服电机 Simulink 模型如图 4-2 所示:图 4-2 伺服电机 Simlink 模型4.2.2 在 Matlab 中完成 C 程序控制并导出控制数据按照预先设定的工作内容分别创建 XYZ 三坐标轴及 R 主旋转轴的数学 函数模型,然后据此

47、来编制 C 程序。运行程序检查是否有误,修改更正后生 成电机转动角位移时间的关系数据,步长初步设定为 0.1s。验证数据的正 确性,反复校验无误后导出数据并存成 .txt 格式文档。 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。4.3 模型及数据导入 ADAMS/View模块进行联合仿真首先,将在 Solidworks 软件中建立的三维立体模型精简为简化模型并存 成能与 ADAMS 兼容的 .x_t 格式文件; 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。然后,进入 ADAMS/View 界面导入简化版三维模型,然后,在此基础上 做一些合并和删除零部件等必要的模型修改,以保证仿真运动的协调一致; 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。添加必要的约束、运

48、动及作用力 13 ,添加后其效果如下图所示:-22-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)图 4-3 联合仿真模型(3 )将 Matlab 中建立的控制模型及数据导入到 ADAMS/View 中,完成两 软件的联合仿真, 保存反正动画,分析仿真数据和图线并作出修正和改进 10。 薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。4.4 本章小结本章中通过 Matlab 及 ADAMS 两个软件的联合仿真分析,完成了螺丝 机机械结构设计的运动干涉检查 11,并且通过对动画及各类运动及力图线的 分析研究,对之前的结构模型做出了修正和改进,为下面控制的设计奠定良 好的基础。 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。-23-哈尔滨工业大学本科毕业设计

49、(论文)第 5 章 自动锁螺丝机的 PLC控制-24-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)5.1 引言可编程控制器( PLC)是以微处理器为核心,将自动控制技术、计算机 技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。 使用 PLC 控制有以下优点和特点: (1)编程简单,使用方便; (2)控制灵活,程序可 变,具有很好的柔性; (3)功能强,扩充方便,性价比高; (4)控制系统设 计及施工的工作量少,维修方便; (5)可靠性高,抗干扰能力强; (6)体积 小、重量轻、能耗低,是“机电一体化”特有的产品。目前 PLC 已基本替代 了传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域, PL

50、C 已跃居工业自 动化三大支柱的首位。 绅薮疮颧訝标販繯轅赛。5.2 PLC 的基本结构可编程序控制器简称为 PLC( Programmable Logic Controller)主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成。 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。其控制系统示意图如图 5-1 所示:图 5-1 PLC 控制系统示意图-25-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)PLC 实际上是一种工业控制计算机, 它的硬件结构与一般微机控制系统 相似,甚至与之无异。可编程序控制器主要由 CPU(中央处理单元)、存储 器(RAM 和 EPROM)、输入/输出模块(简称 I/O 模块)、编程器和电源五大 部

51、分组成 14 。 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。1) CPU 模块CPU 模块又叫中央处理单元或控制器,它主要由微机处理器( CPU)和 存储器组成。 CPU 类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作,每一次 扫描要完成输入处理、程序执行、输出处理几个工作。 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。2) I/O 模块I/O 模块是系统的眼、 耳、手、脚,是联系外部现场和 CPU模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号。 从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能 损坏 CPU 模块中的元器件,或使可编程序控制器不能正常工作,所以 CPU 模块不能直接与外部输入 /输出装置相连。 I/O 模块除了传递信号外,还有电 平转换

52、与噪声隔离的作用。 撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。3)编程器编程器除了用来输入和编辑程序外, 还可以用来监视可编程序控制器运 行时梯形图中各种编程元件的工作状态。 编程器可以永久地连续在可编程序 控制器上,将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、 调试阶段和检修时使用,一台编程器可供多台可编程序控制器公用。 踪飯梦掺 钓貞绫賁发蘄。4)开关量 I/O 模块开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。各 I/O 点的通 / 断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上,外部 I/O 接线一般接在模块 的接线端子上,某些模块使用可拆除的插座型端子板,在不拆去端子的外部-26-哈尔滨工业大学

53、本科毕业设计(论文)连线的情况下,可以迅速地更换模。 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。5.3 硬件及梯形图程序设计(1)资源分配如下表 5-1 所示:表 5-1 I/O 分配图(2)PLC 控制原理接线图如下图 5-2所示:图 5-2 PLC 控制原理接线图(3)PLC 控制流程图如下图 5-3 所示:图 5-3 PLC 控制流程图(4)梯形图控制程序的设计见附录。5.4 本章小结本章针对螺丝机的运动控制需求,详细设计了运动控制方案,完成了基于可编程控制器 PLC 的伺服电机和步进电机控制系统的软、 硬件设计。并通-27-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)过设定工作内容完成了控制原理及控制流程的设计譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。-28-哈尔滨工业大学本科毕业设计(论文)结论本文以桌面型机械臂式自动锁螺丝机为设计对象, 通过对国内外文献系 统全面的查阅和分析后,根据自动化,机械化,智能化的标准,对螺丝机的 机械结构、驱动及控制方式进行了系统全面的设计,经过认真的仿真分析, 又对设计内容进行了全面的修正和改进。 俦聹执償閏号燴鈿膽賾。本研究内容的主要成果包括以下几点内容:首先,现有的螺丝机大多属 于专用产品,不具有通用性,而本桌面型自动螺丝机的设计可以很轻易的通 过改变控制程序及更换螺丝刀旋具,即可应用于不同工作内容的螺丝拧紧, 通用性大大提高;其次,螺丝机 XZ 坐

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论